Ingår i den här artikeln:

Den här artikeln utforskar vindens ursprung och de krafter som driver den. Vi tillämpar sedan denna kunskap på väderkartor, vilket hjälper sjömän att tolka vindmönster vid markytan för bättre navigationsinsikter.

Vi utforskar även vertikal vind. Även om den inte direkt känns av sjömän, kan den påverka förhållandena till sjöss. Slutligen undersöker vi den globala vindcirkulationen och dess inverkan på vädersystem.

Vinden är en luftrörelse som orsakas av en skillnad i lufttryck. Luften trycks från högt till lågt tryck. Om du gör ett hål i ett cykeldäck kommer luften inuti att blåsa ut tills trycket är utjämnat mellan luften inuti och utanför. Detta är Moder Natur som försöker balansera sig själv.

Vindfysiken är likartad. På jordytan, där det finns ett område med högt tryck och ett område med lågt tryck, trycks luft från högtrycket till lågtrycket. Denna kraft kallas tryckgradientkraften . Den är proportionell mot tryckskillnaden över ett avstånd. Så ju mer trycket minskar över ett kort avstånd, desto större är kraften.

Man skulle kunna tro att vinden skulle blåsa från hög till låg i en rak linje. Men det är inte så enkelt som det verkar. Jordens rotation skapar en annan kraft som kallas corioliskraften .

Denna kraft är inte specifik för vinden, den här kraften gäller alla rörliga objekt i ett roterande system. För att förstå detta, låt oss glömma vinden för ett ögonblick och ta exemplet med en karusell som roterar moturs med fyra personer som sitter vid karusellens kanter mitt emot varandra. Om en person kastar en boll till personen som sitter framför honom, kommer bollen inte att hamna hos den person han siktar på eftersom den personen skulle ha flyttat sig ur vägen på grund av karusellens rotation. Istället kommer personen som sitter till höger om honom att ta emot bollen eftersom den avböjdes åt höger av en kraft som kallas corioliskraften.

Se Corioliskraften presenterad i den här 25 sekunder långa videon:

Jorden roterar också moturs som karusellen, men den roterar mycket långsammare, en gång per 24 timmar. Konsekvensen blir att Corioliseffekten inte känns när vi kastar en boll. På jorden kan Corioliseffekten ses i föremål som rör sig med hög hastighet och/eller över stora avstånd (som prickskyttekulor och artillerigranater) eller i luftcirkulationen över stora avstånd.

Låt oss tillämpa exemplet ovan på meteorologi och föreställa oss ett lågtryckssystem vid Nordpolen:

Jorden är inte platt som karusellen, vilket gör att corioliskraften varierar beroende på latitud. Corioliskraften är störst vid Nordpolen och böjer sig åt höger. Den är noll vid ekvatorn. Den är också störst vid Sydpolen, men i motsatt riktning, och böjer sig därmed åt vänster. För att förstå detta måste man vid varje latitud föreställa sig en karusell som skär jorden på denna latitud och projicera lufthastigheten på karusellplanet:

Kul fakta: om jorden inte roterade skulle luften flöda längs den rakast möjliga linjen, vilket snabbt eliminerade tryckgradienter, och meteorologin skulle vara mycket enklare.

Vinden blåser aldrig i en rak linje, utan istället böjer eller vänder vinden. Vindens krökning skapar en centrifugalkraft på luftpartiklarna som knuffar dem ut ur svängen. Detta är samma centrifugalkraft som du upplever när du tar en snabb sväng i din bil, och din kropp knuffas ut ur svängen.
​

När vi lägger ihop dessa tre krafter – tryck, corioliskraft och centrifugalkraft – och antar att de balanserar ut sig själva, refererar vi till denna teoretiska vind som gradientvinden. Om vi ​​antar att gradientvinden, liksom den geostrofiska vinden, blåser parallellt med isobarer, minskas eller ökar vindhastigheten beroende på krökningen.

När vinden vänder runt ett lågtrycksområde motverkar centrifugalkraften tryckkraften. Därför är gradientvinden för cyklonisk krökning mindre än den geostrofiska vinden (vind överskattas vanligtvis genom att endast beakta tryckgradientkraften runt ett lågtryckssystem).

Luftpartiklarna upplever friktion vid ytan (både över land och vatten, men mer över land). Detta saktar ner luftpartiklarna. Friktion saktar alltså ner vinden nära ytan, vilket resulterar i en svagare coriolis- och centrifugalkraft, men tryckkraften förblir densamma. Flödet är därför obalanserat där tryckkraften "vinner" och slutligen attraherar fler luftpartiklar. Därför "avböjs" vinden mot lågt tryck och bort från högt tryck. För seglare är det viktigt att känna till följande:

Eftersom friktion avböjer luft mot lågtrycket, betyder det att luften kommer att konvergera mot lågtryckets centrum från alla håll. Luften kommer inte att ha någonstans att ta vägen förutom uppåt, och därför kommer luften att stiga (uppåtgående vertikal rörelse) i lågtryckets centrum.
​

Eftersom friktion avböjer luften utåt från högtrycket, blir effekten den motsatta, och luften kommer att sjunka (nedåtriktad vertikal rörelse) i mitten av högtrycket.

Detta sammanfattas i bilden nedan:

I det här avsnittet tillämpar vi teorin från föregående avsnitt på väderkartor för norra halvklotet för att beskriva den horisontella vinden vid ytan, vilket är viktigt för seglaren.

Kartan nedan visar en isobarkarta vid ytan. De bruna linjerna är linjer med lika tryck. Här är några viktiga begrepp som du kan se i bilden nedan:

Bilden nedan är ett annat exempel på en tryckkarta från Bracknell. Lägg märke till en skala i det övre vänstra hörnet för att uppskatta den geostrofiska vinden vid ytan.

Kartan nedan visar ett lågtryckssystem över land. Vinden vid ytan, färgad grön i bilden nedan, strömmar inte parallellt med isobaren utan avböjs mot mitten av lågtryckssystemet på grund av friktionseffekten.

Kartan nedan visar ett område med lågtryck över land. Vinden vid ytan, vilket indikeras av vindstötarnas riktning i bilden nedan, flyter inte parallellt med isobaren utan avböjs mot mitten av lågtryckssystemet på grund av friktionseffekten.

Moln är en bra indikator på vertikala vindar, och vi rekommenderar att du läser artikeln om moln - Marin meteorologi: Moln .

Vertikalvind och horisontella vindar är sammankopplade. Vertikalvinden påverkar den horisontella vindens stabilitet. Denna stabilitet betyder mycket för seglare eftersom man kommer att segla i skiftande och/eller byiga förhållanden om den horisontella vinden är instabil.

Stabilitet hänvisar till atmosfärens tendens att minska eller accelerera luftens vertikala rörelse. En viktig drivkraft bakom vertikala vindar är den termiska drivkraften .

Den termiska drivkraften motsvarar atmosfärens vertikala temperaturprofil. Huvudkonceptet är att varm luft tenderar att stiga eftersom den är mindre tät än den omgivande kallare luften.
​

Låt oss ta en luftpartikel vid ytan och öka dess temperatur med några grader jämfört med den omgivande luften. Denna luftpartikel stiger. När den stiger minskar lufttrycket och luftpartikeltemperaturen. När luftpartikeln når till exempel en höjd på 10 meter, och den fortfarande är varmare än omgivningen, kommer den att fortsätta stiga och till och med accelerera. Å andra sidan, om partikeln hittar omgivande luft med samma temperatur, kommer den att sluta stiga. Så vi kan komma ihåg,

Här är viktiga lärdomar för seglare som seglar in i en stabil eller instabil termisk atmosfär:

I det här sista avsnittet kommer vi att tillämpa all den kunskap vi har fått om horisontella och vertikala vindar för att förklara den globala vindcirkulationen över jorden. Vi kommer särskilt att fokusera på den globala vindcirkulationen vid havens yta, som sjömän använder för att korsa haven med vinden.

Källan till den globala luftcirkulationen är att jorden värms upp ojämnt av solen. Ekvatorn får mer värme och polerna mindre. Den globala luftcirkulationen fungerar som ett luftkonditioneringssystem som omfördelar värmen från ekvatorn till polerna. Det är viktigt att koppla samman lufttemperatur och lufttryck i detta skede. Varm luft är mindre tät och stiger, vilket resulterar i lägre tryck. Å andra sidan sjunker kall luft, vilket gör lufttrycket högre.

Varm luft stiger över ekvatorn och rör sig mot polerna på höga höjder. När den rör sig bort från ekvatorn kyls den ner och sjunker. Den kalla luften strömmar tillbaka till ekvatorn vid ytan, där den blir varmare igen. Denna förenklade modell har en sådan cirkulationscell för varje halvklot, vilket representeras nedan, där ett halvklot jämförs med ett hus.

Jorden roterar dock, vilket orsakar cirkulation på grund av corioliskraften. När luften rör sig bort från ekvatorn på hög höjd, avböjer corioliskraften vinden. När vinden når 30° latitud är den parallell med ekvatorn och slutar röra sig längre norrut eller söderut. Detta gör att luften sjunker vid 30° latitud snarare än vid polen. Detta resulterar i tre celler för varje halvklot, som visas nedan.

Zon A: Områden där luften stiger kännetecknas av lågt tryck vid ytan. Dessa motsvarar områden med moln och regn (t.ex. ekvatorialskogar och norra Storbritannien).

Zon B: Områden där luften sjunker kännetecknas av högt tryck. Det är här himlen är klar med lite regn (t.ex. Azorernas högtryck, Saharaöknen och polerna).

Dessa tre celler genererar vindar vid ytan som också avböjs av corioliskraften.

Dessa vindar (zonerna C och D) representeras på bilden nedan för Vendée Globe-loppet.

För att lära dig mer, läs vidare! I nästa artikel, Marin meteorologi 3: Moln , utforskar vi alla olika moln, undersöker deras storlek, form, höjd och vad du kan lära dig om det kommande vädret utifrån deras plats och rörelse.